Nieuw record-neutrino: wetenschappers puzzelen over kosmische bronnen!

Nieuw record-neutrino: wetenschappers puzzelen over kosmische bronnen!

De IceCube-neutrinodetector, die zich op de Zuidpool bevindt en tot 2,5 kilometer diep in het ijs reikt, wordt sinds 2009 gebruikt om de bronnen van kosmische straling te onderzoeken. Wetenschappers, waaronder onderzoekers van de Ruhr Universiteit Bochum, worden geconfronteerd met de uitdaging dat de meeste gedetecteerde neutrino's afkomstig zijn uit de atmosfeer van de aarde. Dit feit maakt het moeilijk om de kosmische bronnen duidelijk te identificeren. Neutrino’s staan ​​bekend als ‘spookdeeltjes’ omdat ze door de materie heen gaan zonder er interactie mee te hebben. Maar IceCube heeft onlangs een aanzienlijke vooruitgang geboekt: er werd een kosmisch neutrino met extreem hoge energie gedetecteerd met een energie van 220 peta-elektronvolt, wat 22 biljard maal de energie van een elektron is. Deze ontdekking werd vastgelegd door de Kilometer Cube Neutrino Telescope (KM3NeT) in de Middellandse Zee en vertegenwoordigt een nieuw record in de neutrino-astronomie, nadat IceCube eerder neutrino's had gedetecteerd bij 6,5 peta-elektronvolt en 10 peta-elektronvolt.

Onderzoekers blijven intensief werken om de oorsprong van deze neutrino's te achterhalen. De oorsprong van het onlangs gedetecteerde neutrino en het proces van zijn ontstaan ​​zijn momenteel onduidelijk. Mogelijke bronnen zouden actieve superzware zwarte gaten of supernova-explosies kunnen zijn. Geladen deeltjes, zoals protonen, worden afgebogen door magnetische velden, waardoor het moeilijk is hun oorsprong te achterhalen. Prof. dr. Anna Franckowiak, leider van de Multi-Wavelength and Multi-Messenger Astronomy Working Group, hoopt een supernova in de Melkweg te ontdekken die grote aantallen neutrino's zou kunnen produceren.

Verbetering van detectiemethoden

Om de detectie en analyse van neutrino’s te verbeteren, ontwikkelt het IceCube-team nieuwe technologieën. Als onderdeel van de Gen2-voorfase van de IceCube-upgrade, die naar verwachting in 2024 voltooid zal zijn, worden intelligente uitleessystemen voor datatransmissie en nieuwe, krachtigere optische sensoren ontwikkeld. Deze sensoren kunnen bijna drie keer zoveel licht verzamelen als huidige modellen. Het gebruik van 24-pixelsensoren in plaats van sensoren met één pixel en golflengteverschuivers om de lichttransmissie te verbeteren, wordt verwacht.

Machine learning-methoden worden ook gebruikt om neutrino-gebeurtenissen efficiënter te classificeren. Deze technologieën maken het versneld filteren van relevante gegevens uit de metingen mogelijk, waardoor het team zelfs zwakke signalen beter zichtbaar kan maken. In 2023 werd het neutrinosignaal van de Melkweg zichtbaar gemaakt, wat een belangrijke stap is in het onderzoek.

De uitdaging van kosmische straling

Ondanks de successen heeft IceCube in het verleden nog geen neutrinobron van de vereiste betekenis ontdekt. Een bron wordt pas als bewezen beschouwd als de waarschijnlijkheid van een kosmische oorsprong 1:1,7 miljoen (5 sigma) bedraagt. Tot nu toe werd een neutrino met een waarschijnlijkheid van 3 sigma toegewezen aan een blazar, andere neutrino's die in 2022 en 2023 werden gedetecteerd hadden waarschijnlijkheden van respectievelijk 3,2 sigma en 4,2 sigma, die verband hielden met een actieve galactische kern. Niettemin blijft de zoektocht naar de oorsprong van deze deeltjes een centrale uitdaging.

De combinatie van de resultaten uit verschillende onderzoeksprojecten, zoals de eerder genoemde samenwerking met de KM3NeT en de verbeterde detectiemethoden, zouden in de toekomst licht kunnen werpen op het mysterieuze gedrag van kosmische straling. De onderzoekers hebben er vertrouwen in dat verdere ontwikkelingen in het IceCube-experiment een belangrijke bijdrage zullen leveren aan ons begrip van het universum.